山东理工大学：《传感器结构原理与设计》课程教学资源（PPT课件）第八章 热电式传感器

第八章热电式传感器 ●第一节热电偶传感器 第二节热电阻传感器 第三节热敏电阻传感器 第四节集成温度传感器

第八章 热电式传感器 ⚫ 第一节 热电偶传感器 ⚫ 第二节 热电阻传感器 ⚫ 第三节 热敏电阻传感器 ⚫ 第四节 集成温度传感器

第一节热电偶传感器 一、热电偶的工作原理 1、热电效应 ● 定义：将两种不同性质的导体A,B串接成一个闭合回路， 如果两接合点处的温度不同(T≠刀，则在两导体间产生 热电动势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称 为热电效应。 A mA 0 B

第一节 热电偶传感器 一、热电偶的工作原理 1、热电效应 ⚫ 定义：将两种不同性质的导体A，B串接成一个闭合回路， 如果两接合点处的温度不同(T0≠T)，则在两导体间产生 热电动势，并在回路中有一定大小的电流，这种现象称 为热电效应

●术语： 矿闭合回路中两种导体叫热电极； 矿两个结点中，一个称工作端或热端（刀，另一个叫参比 端或冷端(To); ©由这两种导体的组合并将温度转换成热电动势的传感 器叫做热电偶

⚫ 术语： 闭合回路中两种导体叫热电极； 两个结点中，一个称工作端或热端(T)，另一个叫参比 端或冷端(T0 )； 由这两种导体的组合并将温度转换成热电动势的传感 器叫做热电偶

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。热电动势的组成：接触电动势和单一导体的温差电动势。 (1)接触电动势 >产生机理： →不同的金属材料具有不同的自由电子密度，当两种不 同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散 电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区 的温度成正比。 →设导体A和B的自由电子密度为W和Ng,且有NA>Ng, 电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，导体B则 因获得电子而带负电，在接触面形成电场

⚫ 热电动势的组成：接触电动势和单一导体的温差电动势。 （1） 接触电动势 ➢ 产生机理： 不同的金属材料具有不同的自由电子密度，当两种不 同的金属导体接触时，在接触面上就会发生电子扩散， 电子的扩散速率与两导体的电子密度有关并和接触区 的温度成正比。 设导体A和B的自由电子密度为NA和NB，且有NA＞NB， 电子扩散的结果使导体A失去电子而带正电，导体B则 因获得电子而带负电，在接触面形成电场

→这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在 接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势。 >接触电动势的计算公式： kT, 级 安 CART) 导体A和B的结点在温度T时形成的接触电势； e 电子电荷，e=1.6x1019℃； k一玻尔兹曼常数，k=1.38x10-23J/K; NA,NE 导体A,B的自由电子密度

这个电场阻碍了电子继续扩散，达到动态平衡时，在 接触区形成一个稳定的电位差，即接触电动势。 ➢ 接触电动势的计算公式： e AB(T) —— 导体A和B的结点在温度T时形成的接触电势； e —— 电子电荷，e＝1.6x10-19C； k —— 玻尔兹曼常数，k＝1.38x10-23J/K； NA，NB—— 导体A，B的自由电子密度

A eA (T 7o) 十 王0 eAB (T) eAB (70) B eB (T;70)

(2)同一导体中的温差电动势 >产生机理： 导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端 扩散的结果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获 得电子而带负电，在高低温端之间形成一个电位差。 >温差电动势的计算公式： eaT,6）=正a7 ea(T,To) 导体A两端温度为T、To时形成的温差电势； T,10 一高、低端的绝对温度； 汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的 温差电势，例如在0℃时，铜的厂2uV/℃

（2）同一导体中的温差电动势 ➢ 产生机理： 导体内自由电子在高温端具有较大的动能，因而向低温端 扩散的结果。高温端因失去电子而带正电，低温端由于获 得电子而带负电，在高低温端之间形成一个电位差。 ➢ 温差电动势的计算公式： e A(T，T0 ) —— 导体A两端温度为T、T0时形成的温差电势； T，T0 —— 高、低端的绝对温度； σA —— 汤姆逊系数，表示导体A两端的温度差为1℃时所产生的 温差电势，例如在0℃时，铜的σ=2μV/℃

A eA (T;7o) 十 eAB (T) eAB (70> B eB (T;70)

◆对于上图中导体A、B组成的热电偶回路，当温度T>T时， 回路总的热电势可表示为 EAB(T,To)=eAB(T)-eAB(To)-eA(T,To)+eB(T,To) Nar NANA元 导体A在结点温度为和T时的电子密度； NET NETO 导体B在结点温度为T和T时的电子密度； OAS OB 导体A和B的汤姆逊系数

对于上图中导体A、B组成的热电偶回路，当温度T＞T0时， 回路总的热电势可表示为 NAT、NAT0 —— 导体A在结点温度为T和T0时的电子密度； NBT、NBT0 —— 导体B在结点温度为T和T0时的电子密度； σ A、σB—— 导体A和B的汤姆逊系数